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普通索引和唯一索引的执行过程

我们已经介绍过索引的结构和索引的几种优化,我们再来看一下相同语句在不同索引类型的执行过程。

作者:12叔来源:开源中国|2020-02-04 14:30

普通索引和唯一索引

我们已经介绍过索引的结构和索引的几种优化,我们再来看一下相同语句在不同索引类型的执行过程

这里普通索引和唯一索引的情况有所不同

查询过程

对于普通索引来说,查找到满足条件的第一个记录后,需要查找下一个记录, 直到碰到第一个不满足条件的记录。对于唯一索引来说,由于索引定义了唯一性,查找到第一个满足条件的记录后,就会停止继续检索

这个不同带来的性能差距会有多少呢? 基本上差不多

InnoDB 的数据是按数据页为单位来读写的。也就是说,当需要读一条记录的时候,并不是将这个记录本身从磁盘读出来,而是以页为单位,将其整体读入内存。在 InnoDB 中,每个数据页的大小默认是 16KB。因为引擎是按页读写的,所以说,当找到记录的时候,它所在的数据页就都在内存里了。那么,对于普通索引来说,要多做的那一次“查找和判断下一条记录”的操作

更新过程

当需要更新一个数据页时,如果数据页在内存中就直接更新,而如果这个数据页还没有在内存中的话,在不影响数据一致性的前提下,InooDB 会将这些更新操作缓存在 change buffer 中,这样就不需要从磁盘中读入这个数据页了。在下次查询需要访问这个数据页的时候,将数据页读入内存,然后执行 change buffer 中与这个页有关的操作。通过这种方式就能保证这个数据逻辑的正确性

虽然名字叫作 change buffer,实际上它是可以持久化的数据。也就是说,change buffer 在内存中有拷贝,也会被写入到磁盘上

将 change buffer 中的操作应用到原数据页,得到最新结果的过程称为 merge。除了访问这个数据页会触发 merge 外,系统有后台线程会定期 merge。在数据库正常关闭 的过程中,也会执行 merge 操作

显然,如果能够将更新操作先记录在 change buffer,减少读磁盘,语句的执行速度会得到明显的提升。而且,数据读入内存是需要占用 buffer pool 的,所以这种方式还能够避免占用内存,提高内存利用率

什么条件下可以使用 change buffer 呢?

对于唯一索引来说,所有的更新操作都要先判断这个操作是否违反唯一性约束。比如,要 插入 ( ID =1) 这个记录,就要先判断现在表中是否已经存在 1 的记录,而这必须要将数据页读入内存才能判断。如果都已经读入到内存了,那直接更新内存会更快,就没必要使 用 change buffer 了

因此,唯一索引的更新就不能使用 change buffer,只有普通索引可以使用

插入过程

如果要在这张表中插入一个新记录 (4) 的话,InnoDB 的处理流程是怎样的

第一种情况是,这个记录要更新的目标页在内存中。这时,InnoDB 的处理流程如下: 对于唯一索引来说,找到 3 和 5 之间的位置,判断到没有冲突,插入这个值,语句执行结束; 对于普通索引来说,找到 3 和 5 之间的位置,插入这个值,语句执行结束。

第二种情况是,这个记录要更新的目标页不在内存中。这时,InnoDB 的处理流程如下:

对于唯一索引来说,需要将数据页读入内存,判断到没有冲突,插入这个值,语句执行结束; 对于普通索引来说,则是将更新记录在 change buffer,语句执行就结束了。

将数据从磁盘读入内存涉及随机 IO 的访问,是数据库里面成本最高的操作之一。change buffer 因为减少了随机磁盘访问,所以对更新性能的提升是会很明显的

change buffer 的使用场景

普通索引的所有场景,使用 change buffer 都可以起到加速作用吗?

因为 merge 的时候是真正进行数据更新的时刻,而 change buffer 的主要目的就是将记录的变更动作缓存下来,所以在一个数据页做 merge 之前,change buffer 记录的变更越多,收益就越大

对于写多读少的业务来说,页面在写完以后马上被访问到的概率比较小,此时 change buffer 的使用效果最好。这种业务模型常见的就是账单类、日志类的系统

假设一个业务的更新模式是写入之后马上会做查询,那么即使满足了条件,将更新先记录在 change buffer,但之后由于马上要访问这个数据页,会立即触发 merge 过 程。这样随机访问 IO 的次数不会减少,反而增加了 change buffer 的维护代价

merge 的执行流程是这样的:

从磁盘读入数据页到内存(老版本的数据页);

从 change buffer 里找出这个数据页的 change buffer 记录 (可能有多个),依次应用,得到新版数据页;

写 redo log。这个 redo log 包含了数据的变更和 change buffer 的变更

change buffer 和 redo log

如果目标页在内存 修改目标页写入 redo log 如果目标页不在内存写入change buffer redolog 记录 change buffer 修改

redo log 主要节省的 是随机写磁盘的 IO 消耗(转成顺序写),而 change buffer 主要节省的则是随机读磁盘 的 IO 消耗。

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【责任编辑:庞桂玉 TEL:(010)68476606】

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